本發(fā)明涉及秸稈利用領(lǐng)域。更具體地，涉及一種生物質(zhì)沼氣發(fā)酵裝置及制備方法。
背景技術(shù)：
沼氣的主要成分是甲烷，約占所產(chǎn)生的各種氣體的60％～80％。甲烷是一種理想的氣體燃料，它無(wú)色無(wú)味，與適量空氣混合后即可燃燒，每立方米的純甲烷發(fā)熱量為3.4kJ，每立方米沼氣發(fā)熱量為2.08～2.36kJ，即1立方米的沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7kg無(wú)煙標(biāo)準(zhǔn)煤的熱量。
沼氣是一種清潔能源，可替代煤炭，起到減少排放二氧化碳的效果，每立方米的沼氣相當(dāng)于減少排放二氧化碳2.13kg～3.8kg，燃燒1立方米的甲烷相當(dāng)于減少排放二氧化碳21立方米。與煤礦瓦斯、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣等富氫的可燃?xì)怏w而言，沼氣成分穩(wěn)定，便于利用。
中國(guó)天然氣缺口很大，其中人均生活用氣只是韓國(guó)的1/5，尤其是農(nóng)村燃?xì)夤?yīng)缺口更大。要實(shí)現(xiàn)2020年國(guó)民經(jīng)濟(jì)翻兩番的目標(biāo)，保障可靠的燃?xì)夤?yīng)是必備條件，因地制宜的利用當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)能源資源生產(chǎn)各種可再生能源成為當(dāng)務(wù)之急。沼氣歸類(lèi)于綠色能源。
在強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的大背景下，大力推廣大型沼氣工程建設(shè)是十分必要的，但是厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣率低，系統(tǒng)運(yùn)行、配套的技術(shù)和設(shè)備還不成熟，從而獲得秸稈發(fā)酵生規(guī)?；瘧?yīng)用受氣候條件影響較大，因此需要找到一種新型的沼氣發(fā)酵裝置和發(fā)酵方法以提高產(chǎn)氣率，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種沼氣發(fā)酵裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種生物質(zhì)沼氣的制備方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
一種生物質(zhì)沼氣發(fā)酵裝置，包括：
太陽(yáng)能集熱器：將光能轉(zhuǎn)化為熱能；
罐體：沼氣生產(chǎn)的裝置；
攪拌泵：使罐體內(nèi)部菌種與液體混合均勻，有利于產(chǎn)氣；
生物膜：為甲烷菌提供代謝條件；
導(dǎo)熱介質(zhì)：散熱到罐體內(nèi)，保持罐體內(nèi)溫度恒定。
所述太陽(yáng)能集熱器設(shè)置在罐體的外側(cè)，與地面成30-45°角；所述攪拌泵設(shè)置在罐體內(nèi)，所述生物膜固定在罐體的內(nèi)壁上，所述導(dǎo)熱介質(zhì)設(shè)置在罐體的底部。
進(jìn)一步，所述太陽(yáng)能集熱器的一側(cè)設(shè)置風(fēng)機(jī)，通過(guò)風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)送入罐體底層的導(dǎo)熱介質(zhì)中；
所述罐體側(cè)壁上設(shè)置進(jìn)水管、出氣管、溢流管和排污管，所述溢流管在進(jìn)水管和出氣管的下部，所述排污管設(shè)置在導(dǎo)熱介質(zhì)的上部。
本發(fā)明還提供了上述發(fā)酵裝置在制備生物質(zhì)沼氣中的應(yīng)用。
本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了制備生物質(zhì)沼氣的方法，包括以下步驟：1)玉米秸稈粉碎：將玉米秸稈粉碎成長(zhǎng)度為3-5厘米的小段；2)玉米秸稈預(yù)處理：采用高溫高壓熱解撕裂處理粉碎后的玉米秸稈；3)固液分離；將預(yù)處理后的玉米秸稈進(jìn)行固液分離，得到高濃度碳水化合物溶液和固體物質(zhì)；將固體物質(zhì)在超聲波作用下，浸入弱酸性離子水中，實(shí)現(xiàn)碳水化合物轉(zhuǎn)化，完成碳水化合物小分子物質(zhì)的富集，再進(jìn)行固液分離；4)將固液分離得到的液體進(jìn)入上述生物質(zhì)沼氣發(fā)酵裝置進(jìn)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣。
進(jìn)一步，本發(fā)明還可以將所述步驟3)分離后的固體在超聲波和電泳耦合作用下，浸入弱堿性離子水，固體物料中的長(zhǎng)鏈纖維素分解后溶于水中，完成三次固液分離。
進(jìn)一步，所述厭氧發(fā)酵的pH值范圍6.5-8，溫度控制在30-60℃。
本發(fā)明的有益效果如下：
本發(fā)明沼氣發(fā)酵裝置不僅解決了生物質(zhì)秸稈沼氣制備的結(jié)塊、攪拌困難以及物料更替的問(wèn)題，而且提高了產(chǎn)氣效率，無(wú)沼渣沼液二次污染問(wèn)題。另外，在冬季也可持續(xù)產(chǎn)氣，易于規(guī)?；a(chǎn)，便于推廣。
附圖說(shuō)明
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1示出沼氣發(fā)酵裝置示意圖；
其中，1太陽(yáng)能集熱器、2罐體、3攪拌泵、4生物膜、5導(dǎo)熱介質(zhì)、6進(jìn)水管、7出氣管、8溢流管和9排污管。
具體實(shí)施方式
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1一種沼氣發(fā)酵裝置
一種沼氣發(fā)酵裝置，包括：太陽(yáng)能集熱器1、罐體2、攪拌泵3、生物膜4、導(dǎo)熱介質(zhì)5；所述太陽(yáng)能集熱器1設(shè)置在罐體2的外側(cè)，與地面成30-45°角，可將光能轉(zhuǎn)化為熱能，所述攪拌泵3設(shè)置在罐體2內(nèi)，所述生物膜4固定在罐體2的內(nèi)壁上，為甲烷菌提供代謝條件；所述導(dǎo)熱介質(zhì)5設(shè)置在罐體2的底部，散熱到罐體中，保持罐體內(nèi)溫度恒定；所述太陽(yáng)能集熱器1一側(cè)設(shè)置風(fēng)機(jī)，通過(guò)風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)送入罐體底部的導(dǎo)熱介質(zhì)中；所述罐體2的外壁上設(shè)置進(jìn)水管6、出氣管7、溢流管8和排污管9，所述溢流管8在進(jìn)水管6和出氣管7的下部，所述排污管9設(shè)置導(dǎo)熱介質(zhì)5的上部。
實(shí)施例2一種制備生物質(zhì)沼氣的方法
一種制備生物質(zhì)沼氣的方法，包括以下步驟：1)玉米秸稈粉碎：將玉米秸稈粉碎成長(zhǎng)度為3-5厘米的小段；2)玉米秸稈預(yù)處理：采用高溫高壓熱解撕裂處理粉碎后的玉米秸稈；3)固液分離；將預(yù)處理后的玉米秸稈進(jìn)行固液分離，得到高濃度碳水化合物溶液和固體物質(zhì)；將固體物質(zhì)在超聲波作用下，浸入弱酸性離子水中，實(shí)現(xiàn)碳水化合物轉(zhuǎn)化，完成碳水化合物小分子物質(zhì)的富集，再進(jìn)行固液分離，得到高濃度碳水化合物溶液和固體物質(zhì)，合并高濃度碳水化合物溶液；4)將固液分離得到的液體進(jìn)入發(fā)酵裝置進(jìn)行厭氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵的pH值為6.5，溫度為30℃，產(chǎn)生沼氣。
實(shí)施例3一種制備生物質(zhì)沼氣的方法
一種制備生物質(zhì)沼氣的方法，包括以下步驟：1)玉米秸稈粉碎：將玉米秸稈粉碎成長(zhǎng)度為3-5厘米的小段；2)玉米秸稈預(yù)處理：采用高溫高壓熱解撕裂處理粉碎后的玉米秸稈；3)固液分離；將預(yù)處理后的玉米秸稈進(jìn)行固液分離，得到高濃度碳水化合物溶液和固體物質(zhì)；將固體物質(zhì)在超聲波作用下，浸入弱酸性離子水中，實(shí)現(xiàn)碳水化合物轉(zhuǎn)化，完成碳水化合物小分子物質(zhì)的富集，再進(jìn)行固液分離，得到高濃度碳水化合物溶液和固體物質(zhì)；4)分離后的固體在超聲波和電泳耦合作用下，浸入弱堿性離子水，固體物料中的長(zhǎng)鏈纖維素分解后溶于水中，完成三次固液分離，合并高濃度碳水化合物溶液；5)將固液分離得到的液體進(jìn)入發(fā)酵裝置進(jìn)行厭氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵的pH值為8，溫度為60℃，產(chǎn)生沼氣。
顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。